填土地基加固工程中的強夯法施工技術分析

王朝華

（四川啟明星鋁業有限責任公司，四川 眉山 620010）

前言

近年來，隨著強夯法技術的不斷成熟，在我國各類建筑物，如工業廠房、民用建筑、貯罐堆場、公路、鐵路、機場跑道、港口碼頭、體育場等的地基加固工程中得到廣泛應用，并取得豐富的經驗和良好的經濟效益。尤其對于城市周邊利用雜填土場地和山區城市周邊利用深 (雜)填土場地興建的工程項目，強夯法地基加固是一種較有效的方法。

1.強夯法的特點介紹

強夯法是法國Menard技術公司于1969年首創的一種地基加固方法，它通過8～30t的重錘、8-20m的落距，對地基土施加很大的沖擊能，一般能量為500～8000kN·m。在地基土中出現的沖擊波和動應力，可提高地基土強度、降低土的壓縮性、改善砂土的抗液化條件及消除濕陷性黃土的濕陷性等。同時，夯擊能還可以提高土層的均勻程度，減少可能出現的差異沉降。強夯法不僅用于加固砂土和碎石土地基，而且經過30多年的發展和應用，目前它已適用于碎石土、低飽和度的粉土和粘性土、濕陷性黃土及雜填土等地基處理。

2.填土地基強夯法需注意的幾個問題

在填土地基強夯施工過程中，由于缺乏十分可靠的設計數據和成熟的施工經驗，計算方法和數據資料的準確度還不夠確切，加上地基土層構造復雜，因此在今后的施工過程中應注意以下問題：

2.2.在強夯施工過程中，應注意以下方面：①當夯擊深度達到或超過錘高時，如繼續施工則須在坑內鋪填大碴、碎石后方可繼續進行，否則由于土壤粘性過大，加上周圍土壤對重錘的擠壓作用，將會大大增加吊車的負載使其起吊困難，甚至引發傾覆事故；②如發現土壤含水量過大，則應加強降水工作，并連續觀測降水深度，待土壤含水量滿足要求時再進行施工；③每點夯擊時均須達到設計要求，才能進行第2遍點夯施工；④強夯施工中的夯錘最好用鑄鐵或廢鋼鐵制成，錘中預留排氣孔，孔徑為250mm為宜，以減少空氣阻力及地質土層粘結力，提高錘擊功能；⑤盡量加強防震措施(如防震溝等)，確保周圍建構物的安全；⑥吊車扒桿上部宜綁扎廢舊輪胎，以免吊鉤因脫鉤時的慣性而碰壞吊車扒桿，確保設備安全；⑦嚴格注意安全，強夯施工區應圍蔽和設計警示牌，非工作人員不得進入。

2.3.強夯施工完成后，必須進行有效的檢測和試驗，達到設計和規范要求后才能進行主體結構施工。

3.常用估算方法

目前國內外有關有效加固深度的估算方法多達幾十種，無論是從工程實用角度還是從強夯機理的理論研究出發，在研究思路方面都具有一定的開拓性，也各有其優缺點。由于土體的復雜性和地區性，使得很難建立一個通用的估算公式，因此大部分公式都使用了修正系數，但它的存在又使得估算時人為因素和地區經驗因素往往影響著修正系數的取值，從而影響最終結果的精確性。

3.1.Menard 公式系數修正法

由于在國內外強夯工程實踐中，Merard初始公式得出的計算值普遍偏大，因此后人又提出了修正的Merard公式法，即乘以有效加固深度修正系數α：

式中：m 為夯錘重量(kN)；h 為落距(m)；α 值隨土中粘粒含量增大或含水量增大而減小，研究人員給出了不同的修正系數，其變動范圍為0.35～0.80，一般對粘性土可取 0.5；砂性土取 0.7：黃土取0.3～0.5。

3.2.Billam 法

Greenwood等人在《深層致密與灌漿》中介紹了J.Billam(1979)提出的計算方法，與Menard公式相比，該公式考慮了夯錘底面積和土體阻尼對強夯加固深度的影響，量綱上也避免了Menard經驗公式的矛盾。即：

由于炭黑溫度最終控制是以二級提升機出口炭黑溫度TE-5213為主要技術指標，但溫度的變化從造粒水流量調節開始到尾氣流量調節結束后才能反映出來，存在40 min的滯后，炭黑溫度需要及時參與到前饋串級控制中去，一級提升機出口炭黑溫度TE-5212與TE-5213之間有差值。為控制最終溫度TE-5213，增設二級提升機出口溫度TIC-5213調節回路，開環比例CP輸出。

式中：H為強夯的有效加固深度(m)；m為夯錘的重量(t)；h 為落距(m)；k 為折減系數；g 為重力加速度(m/s2)；q 為土骨架動阻力(kN/m2)，與土的種類和初始密度有關，一般取0.10-0.16；D為夯錘底面直徑(m)。該法適用于粉土、砂土、黃土和粘性土，且計算精度相對較高。

4.實例分析

某公司在近兩年回填的場地上建造2幢5層宿舍樓，地質勘察資料揭示，擬建場地回填土層厚6-9m，土質松散，亞粘土埋藏較深且厚度變化大，基巖埋藏深且巖面起伏，尤其是2#宿舍樓南墻軸線緊鄰 高邊坡，相距僅不足5m。根據上述情況，如果采用獨立基礎方案，則工程量大，施工難度大且造價高，如采用樁基方案，則因填土層孤石較多，質量難以保證且施工周期長。經反復研究，決定采用強夯法加固地基和條形基礎的設計方案。

4.1.場地地質條件

(1)亞粘土[I]，紅褐色，呈可塑狀態，軟硬不勻，具中等壓縮性，承載力特征值R=180kPa，壓縮模量Es=6MPa；(2)人工回填土：由鄰近平整場地陸續搬運的土石方堆填而成，填土結構松散，多空穴，土質軟硬不均，壓縮性高，填土厚度5～9m，含水量 30%～60%，靜止水位-4m～-7m(以場地地坪面為±（0.000)，含粒徑lO-40cm的塊石；(3)基巖：場地下伏基巖為泥巖、泥灰巖及砂質泥巖，巖面起伏大，強風化泥巖R=500～800kPa。從現場地質表層情況看來，全部回填土均為近1-3年內堆填而成，場地土質成分復雜，無規律、土層厚度不勻且軟硬不一，土的顆粒和孔隙率大小不等，在同一建筑場地的不同位置，其承載力和壓縮性有較大差異，根據規范要求，該場地淺層不宜作為持力層或直接建造房屋，必須先進行地基處理；(4)亞粘土[II]：紅褐色，軟塑，壓縮性高，夾軟塑狀粘土及碎石、礫石等，R=80kPa，Es=4MPa；(5)耕土：灰綠、黑灰，可塑，部分含植物須根，厚 0.2～0.6m。

4.2.強夯施工

根據本工程荷載分布的具體情況，按條形基礎方案進行強夯設計及施工，夯實后要求承載力特征值達180kPa以上，壓縮模量Es=10MPa。在施工過程中，考慮到回填土的具體情況，適當鋪填大碴，第1、2遍進行點夯施工，間距4.5m，按條形基礎方向依次進行，各點夯擊數在10擊左右，控制最終1擊沉降量為5cm內，然后用推土機將場地推平和重新放線，進行第2遍施工，結束后再用推土機平整場地和重新放線，接著進行遍夯，遍夯時錘底搭接尺寸為50cm，控制最終1擊沉降量為8-15cm，每遍夯擊施工間隔時間在7d以上，若能達到15d以上則效果更好。在強夯施工中，我們于強夯前、強夯施工中及強夯完成后均安排專人進行高程測量，經測量計算其總沉降量平均為2.61m。經1個多月的強夯施工，我們順利完成了總面積1176m2的地基強夯施工任務。

4.3 荷載試驗

本工程地基強夯施工完成15d后進行地基測試，考慮到施工期間雨天多，土質含水量較大，故在強夯施工時填入一定數量的大碴、碎石，基本上改變了原填土層的結構性能，因此其物理狀態試驗，壓縮模量試驗，旁壓儀測試及靜力觸探等工作亦難以得到準確的數據，所以決定對本工程進行室內土工試驗和荷載試驗。

在1#、2#樓各選定1組(3點)進行室內土工試驗，其結果較理想，但室內土工試驗的可信度也較低，我們重點對1#號樓選定3點，2#樓選定6點，未強夯處選定3點，進行荷載試驗，經測試，1#、2#樓地基承載力特征值分別為R=220，200kPa， 壓 縮 模 量 分 別 為 Es=10.4，10.5MPa，未夯擊處 R=60kPa，Es=6MPa。經荷載試驗和室內土工試驗，特別是12個點的荷載檢測，結果證明本工程地基經強夯加固施工R≥200kPa，Es≥10.4MPa。

4.4.地基強夯設計計算

根據工程實際情況，我們確定采用130kN錘、錘底面直徑2.2m、落距15m進行強夯施工。經理論分析計算，根據法國梅拉公式H=√E=√Qh(m)初步確定強夯的加固深度，同時根據國內有關單位的實踐經驗及測試數據，強夯后有效加固深度D1略小于梅拉公式中的H，其影響系數K=D1/H，對一般粘性土和雜填土，水位較低時 K=0.5～0.8，本工程中取 K=0.6，則有效加固深度D1=K√Mh=0.6×13.96=8.4m根據地質資料和現場具體情況，本工程僅有2處填土厚度為9m，其余均在8.5m以下，說明強夯法地基處理適用于本場地的填土厚度、地下水深度及填土土料，強夯后的地基土能滿足結構設計要求。根據分析計算，我們采用130kN重錘，底板面直徑 2.2m，落距 15m，采用 25t履帶吊機，吊鉤設置自動脫勾裝置，扒桿起吊角度控制在70°～75°，經24h內對8個點進行試夯，每點錘擊4～6擊，夯擊總沉降量均為 1.6～2.8m，與預計值基本一致。

4.5.對鄰近構筑物的影響

地基強夯施工是以極大的沖擊能量壓實地基土層，施工時不可避免地對鄰近建構物產生振動，本工程施工中經觀察，我們認為在2000kN·m以下的強夯施工中，如果采取了適當的隔振和減振措施，對于距離超過15m的鄰近建構物不會造成較大影響。

4.6.沉降觀測

在本工程地基強夯區域內測試完成并檢測合格后，再進行主體結構施工，同時布置14個沉降觀測點和2個固定觀測標準點(固定在巖石上)，按施工進度分別進行了7次沉降觀測，最終一次在結構竣工后45d進行，1#、20#樓累計沉降量分別為5～10m和4～1lmm，滿足設計要求。

結語

本工程地基經強夯加固后，承載力特征值R由60kPa提高到200kPa，壓縮模量E：也提高近1倍，其工程費用僅為樁基方案或獨立基礎方案的約50%，同時節約水泥360t、鋼材85t，施工工期控制在3個月內，取得明顯的經濟效益。

[1]張志勇.強夯法地基處理施工方法.《山西建筑》.2010年24期.